μC/OS-II在凌陽單片機SPCE061A上的移植
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作 者： ■ 華中科技大學 張利 桑偉 張立</P><P> 摘要：以凌陽單片機為例詳細介紹μC/OS-II的移植方法；重點講解在系統移植過程中一些難以理解的概念，并首次實現了μC/OS-II在凌陽SPCE061A單片機上的移植。</P><P> 關鍵詞：μC/OS-II 凌陽單片機 嵌入式系統</P><P> <BR> 引 言：<BR> 目前，實時操作系統已廣泛應用于工業控制的各個領域。μC/OS-II作為一個實時內核，由于其源碼公開、代碼規范，廣受開發人員的喜愛。SPCE061A是凌陽公司繼μ’nSPTM系列產品SPCE500A等之后新推出的一款16位單片機，內部集成A/D、D/A等多種接口電路，能很方便地嵌入工業控制的各種場合。更重要的是，其內嵌2K字的SRAM和32K的Flash ROM，因此，在不需要擴展外部存儲器的情況下就可以實現μC/OS-II系統的移植。</P><P> 1 μC/OS-II實時操作系統介紹</P><P> μC/OS-II是一種專門為微控制器設計的搶占式實時多任務操作系統，它以源代碼的形式給出。其內核主要提供進程管理、時間管理、內存管理等服務。系統最多支持56個任務，每個任務均有一個獨有的優先級。由于其內核為搶先式，所以總是處于運行態最高優先級的任務占用CPU。系統提供了豐富的API函數，實現進程之間的通信以及進程狀態的轉化。</P><P> 2 μC/OS-II系統結構分析與移植</P><P> μC/OS-II的軟件體系結構如圖1所示。從圖1中可以看到，如果要使用μC/OS-II, 必須為其編寫OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三個文件。這三個文件是與芯片的硬件特性有關的，它們主要提供任務切換與系統時鐘的功能。其它文件用C寫成，它們為系統提供任務管理、任務之間通信、時間管理以及內存管理等功能。 <BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200382910214974297.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200382910214974297.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 眾所周知，μC/OS-II是一個多任務操作系統。既然是多任務，就需要解決任務切換的問題。任務切換是在進行系統移植過程需要解決的最主要的問題。由于任務切換涉及到對芯片寄存器的操作，所以它主要用匯編語言寫成，因此，對于不同的單片機，其任務切換的代碼是不同的；但是只要理解其原理，就能舉一反三，以不變應萬變。下文將重點講解任務切換的原理。多任務系統在運行時每個任務好像獨立占用CPU一樣，因此系統必須為每個任務開辟一塊內存空間作為該任務的任務堆棧。該堆棧的作用是保存任務被切換前時CPU各寄存器的值以及系統堆棧的數據。根據以上討論，可總結出在進行任務切換時需要完成的工作，主要步驟如下：</P><P> ① 將當前任務CPU所有的寄存器壓棧；<BR> �、� 將CPU系統堆棧的數據全部拷貝到當前任務的任務堆棧中；<BR> �、� 得到下一個處于運行態優先級最高的任務的任務堆棧的指針；<BR> �、� 恢復下一個任務的CPU寄存器的值；<BR> �、� 恢復下一個任務的系統堆棧中的數據；<BR> �、� 通過中斷返回指令或函數返回指令，間接修改PC寄存器的值來進行任務切換。</P><P> 在為μCOS-II編寫任務切換代碼時需要注意的是：μCOS-II在每次發生中斷后都會產生任務調度，但在中斷結束后進行的任務切換，不能調用普通任務切換函數，這是因為在中斷過程中往往伴隨將CPU的狀態寄存器壓棧操作。以凌陽單片機為例，在中斷后，芯片將PC和SR寄存器的值壓入堆棧，因此，在中斷結束后進行的任務切換中必須對堆棧指針進行調整。</P><P> 在系統移植過程中另一個較為重要的部分是系統時鐘。μCOS-II要求系統能產生10~100Hz的時鐘節拍。該時鐘節拍由硬件定時器產生。仍以凌陽單片機為例，可選用時基信號TMB2產生128Hz中斷，作為系統時鐘節拍的產生源。系統時鐘中斷服務子程序用匯編語言寫成，由于其主要功能在用C編寫的子函數中實現，因此，編寫該服務子程序的難度不大。</P><P> 3 μC/OS-II BSP代碼的編寫</P><P> BSP（板級支持包）是介于底層硬件和操作系統之間的軟件層，它對底層硬件進行封裝，使得操作系統不再面對具體的硬件。我們以凌陽SPACE061A單片機為例介紹BSP代碼的編寫。</P><P> 3.1 任務切換 </P><P> 凌陽SPACE061A單片機有R1~R5 五個通用寄存器，還有1個SR（CPU狀態寄存器），再加上PC，總共有7個CPU內部寄存器在任務切換時需要保存。μCOS-II系統調用OSCtxSw( )來實現任務的切換，下面給出其部分代碼：<BR> _OSCtxSw:<BR> PUSHALL // 將所有寄存器壓棧<BR> OSIntCtxSw_in:<BR> // 求出系統堆棧的長度 ,并將其存入R2<BR> R1=SP<BR> R2=OSStkStart<BR> R1+=1<BR> R2=R2-R1<BR> R1=[_OSTCBCμγ]// R1≤OSTCBStkPtr， R1 為任<BR> //務堆棧的頭指針<BR> R1=[R1] // 首先將系統堆棧長度保存在任<BR> //務堆棧中<BR> [R1]=R2<BR> R3=OSStkStart // 得到堆棧的起始地址<BR> // 保存系統堆棧到任務堆棧<BR> save_stack:<BR> R3-=1<BR> R1+=1<BR> R4=[R3]<BR> [R1]=R4<BR> R2-=1<BR> JNZ save_stack<BR> CALL _OSTaskSwHook<BR> R1=[_OSTCBHighRdy]<BR> [_OSTCBCur]=R1<BR> R1=[_OSPrioHighRdy]<BR> [_OSPrioCur]=R1<BR> JMP OSCtxSw_in</P><P> 3.2 μCOS-II系統時鐘</P><P> 以凌陽SPCE061A單片機的TMB2時基信號作為系統時鐘，每經歷一個時鐘節拍的時間將產生一次中斷，在中斷服務子程序中會調用OSTickISR()函數，匯編代碼如下：<BR> _OSTickISR:<BR> PUSHALL<BR> R1=0x0001<BR> test R1,[P_INT_Ctrl]<BR> JZ OUT<BR> R1=0x0001<BR> [P_INT_Clear]=R1<BR> CALL _OSIntEnter<BR> CALL _OSTimeTick<BR> CALL _OSIntExit<BR> OUT:<BR> R1=0x0001<BR> [P_INT_Clear]=R1<BR> POPALL<BR> RETI</P><P> 結 語</P><P> RTOS是當今嵌入式應用的熱點。應用RTOS，可以提高產品的可靠性，降低研發周期。μCOS-II具有很好的實時性和很小的代碼量，因此掌握μCOS-II的移植方法是相當重要的。本文移植修改的源代碼請參見本刊網絡補充版（<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.dpj.com.cn> http://www.dpj.com.cn<;/a>）。</P><P> 參考文獻 <BR> 1 （美）拉伯羅斯著. μCOS-II——源碼公開的實時嵌入式操作系統．邵貝貝譯. 北京：中國電力出版社， 2001<BR> 2 薛鈞義，張彥斌, 等編著．凌陽十六位單片機原理及應用．北京：北京航空航天大學出版社，2003</P><P>
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